Question

6．某實驗小組采用如圖1所示的裝置做“探究做功和物體動能變化的關(guān)系”實驗，圖中桌面水平，小車可放置砝碼，實驗中小車碰到制動裝置時鉤碼尚未到達(dá)地面．

（1）實驗的部分步驟如下：
a．在小車上放入砝碼，把紙帶穿過打點計時器，連在小車后端，用細(xì)繩連接小車和鉤碼：
b．將小車停在打點計時器附近，接通電源，釋放小車小車拖動紙帶，打點計時器在紙帶上打下一列點，斷開開關(guān)；
c．改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復(fù)第二步的操作．
（2）如圖2所示是某實驗中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E、F是計數(shù)點，相鄰計算點間的時間間隔為T，則打C點時小車的速度為$\frac{△{x}_{2}+△{x}_{3}}{2T}$要驗證合外力做的功與動能變化的關(guān)系，除鉤碼和砝碼的質(zhì)量、位移、速度外，還要測出的物理量有：小車的質(zhì)量；
（3）某同學(xué)用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，為了減少這種做法帶來的實驗誤差，你認(rèn)為在實驗中還應(yīng)該采取的兩項措施是：a平衡摩擦力b重物的重力遠(yuǎn)小于小車的總重力；
（4）實驗小組根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出了圖3中的圖線（其中△v²=v²-v₀²），根據(jù)圖線可獲得的結(jié)論是小車初末速度的平方差與位移成正比（或合外力做功等于物體動能的變化）．．

Answer 1

分析 小車在鉤碼的作用下拖動紙帶在粗糙水平面上做加速運動，通過對紙帶計數(shù)點處理可算出各點的速度大小及發(fā)生的位移．同時測量小車的質(zhì)量與小車在粗糙水平面的摩擦力，從而可求出合力做的功與小車的動能變化關(guān)系．

解答 解：（1）實驗過程中必須先接通電源，再釋放小車，每次更換紙帶時都要關(guān)閉電源；
（2）根據(jù)平均速度等于中間時刻的瞬時速度得：${v}_{C}=\frac{△{x}_{2}+△{x}_{3}}{2T}$，
動能定理的表達(dá)式：$W=\frac{1}{2}（{M}_{車}+m）{v}^{2}-0$，故還需要測量小車的質(zhì)量．
（3）用鉤碼的重力表示小車受到的合外力時，沒有考慮到小車與木板之間、紙袋與限位孔之間的摩擦力；由此需要平衡摩擦力； b．小車的加速度：$a=\frac{mg}{M+m}$，重物的質(zhì)量會影響小車的運動，故呀減小實驗的誤差，還要讓重物的重力遠(yuǎn)小于小車的總重力；
（4）小車初末速度的平方差與位移成正比，即v²-v₀²=ks
要驗證“動能定理”，即$\frac{1}{2}M{v}^{2}-\frac{1}{2}M{{v}_{0}}^{2}$，
從而得出結(jié)論：小車初末速度的平方差與位移成正比（或合外力做功等于物體動能的變化）．
故答案為：（1）接通電源；釋放小車；
（2）$\frac{△{x}_{2}+△{x}_{3}}{2T}$；小車的質(zhì)量；
（3）a．平衡摩擦力； b．重物的重力遠(yuǎn)小于小車的總重力；
（4）小車初末速度的平方差與位移成正比（或合外力做功等于物體動能的變化）．

點評 通過實驗來探究物體的動能定理，一是培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，二是更能讓學(xué)生理解動能定理的內(nèi)涵，注意圖象問題中，只有畫出直線才能說明成正比關(guān)系，曲線不能說明物理量之間的關(guān)系．